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行业新闻

旋流浓淡生物质燃烧机中生物质粉浓缩器对生物质燃烧NOx生成的影响

旋流浓淡生物质燃烧机中生物质粉浓缩器对生物质燃烧NOx生成的影响

摘要应用数值模拟方法研究了旋流生物质燃烧机中生物质粉浓缩器对生物质燃烧NO。生成的影响,给出了热NO。和燃料NO。生成的详细信息.预报结果表明:采用作者研制的弱旋生物质粉浓缩器后,可以大大地降低生物质燃烧机出口区域燃料NO。的生成,同时可以保持生物质粉颗粒较高的燃尽率.模拟结果也表明,生物质燃烧机出口区域的NO。生成主要是由燃料NO。的生成机理来控钒热N0。在总NO。的生成量中所占比例不大.因此该旋流浓淡生物质燃烧机具有高效低污染性能.

引  言

    生物质在热力发电和化工生产中占有很大的比例,这种现状在今后很长一段时间内不会改变,生物质燃烧过程中NO。和S02的排放对环境的影响已引起人们的高度重视,针对传统旋流生物质粉生物质燃烧机低负荷稳燃能力差及NO。排放高的缺点,国内外研究机构对低NO。旋流生物质燃烧机进行了厂泛的研究研制出分级配风和高浓度供粉技术等新型旋流燃烧器[卜5].本文作者通过大量的冷态实验研究,发现在一次风管内加装生物质粉浓缩器能够实现生物质燃烧机中心回流区与高生物质粉浓度的良好配合,根据燃烧理论:适当提高生物质燃烧机中心回流区内生物质粉浓度可以降低着火时间,降低着火热,提高火焰稳定性,抑制NO。的产生,然而,在热态情况下,该生物质粉浓缩器是否有利于提高低负荷稳燃能力与降低NO。的生成,还需要更深入的研究,

    对于燃烧室内的生物质粉燃烧过程的研究,需要通过实验的、数值的研究手段来进行详细的研究和分析,尽管研究生物质粉燃烧的测量手段近年来取得了不小的进步,但热态实验研究的难度仍很大,随着计算燃烧学的发展和计算机技术的进步,数值模拟以其低费用、高效率的特点已成为工程设计和研究的重要手段,文献[6~8]分别用颗粒随机轨道模型对不同旋流生物质燃烧机出口区域的生物质粉燃烧过程进行了数值模拟,其中文献[网还用有限反应率的PDF模型模拟了燃料NO。的生成,但预报结果和实验数据相比较还有一定的差距,用颗粒轨道模型模拟生物质粉燃烧易于考虑颗粒的复杂反应经历,避免伪扩散,也可以给出两相之间的速度和温度滑移;缺点是难以完全考虑颗粒的湍流输运过程,难以给出连续的颗粒速度和浓度分布,而欧拉坐标系下的双流体模型能够全面模拟颗粒的湍流扩散,给出颗粒的速度场和浓度分布,在热态时能够全面考虑生物质粉的水分蒸发、热解挥发和焦炭燃烧的变化经历及两相输运,可以果用统一的数值方法对两相进行求解9].本文建立了适合模拟旋流生物质燃烧机的修正的双流体模型和N0。生成模型,编制了PERT-SB软件,用来模拟低NO。双调风旋流生物质燃烧机和作者所研制的旋流浓淡生物质粉生物质燃烧机出口区域的生物质粉燃烧及NO。生成,研究生物质粉浓缩器对生物质粉燃烧及NO。生成的影响.

1  数学模型

1.1  湍流模型——双流体模型

    对生物质燃烧机出口区域的湍流两相流动采用修正的k-e-kp模型,柱坐标系下三维湍流两相流动的时均方程组可表示为如下通用形式,

1.2燃烧模型——有限反应率的EBU-Arrhenius模型

    假设生物质中挥发分为甲烷(CH4),气相湍流燃烧包括CH4和CO的燃烧,每个反应的时均反应速率Ws由Arrhenius机制WA,,(层流反应机制)和湍流脉动机制∥EBU来控制,时平均反应率由下式给出

2  求解方法

    对本文模拟的旋流生物质燃烧机出口区域三维柱形燃烧室内的生物质粉燃烧,气固两相均采用有限差分数值解法,采用交错网格和上风差分格式,对差分方程采用p-V修正的SIMPLE算法和TDMA逐行逐面迭代求解,旋流浓淡生物质燃烧机结构如图1所示当一次风管中没有生物质粉浓缩器时为双调风旋流生物质燃烧机,模拟对象及网格划分如图2所示,计算网格节点取为16×14×11,除浓淡型生物质燃烧机的一次风生物质粉浓度取不均匀进口条件外,其他物理量均取均匀进口条件;燃烧室出口取为充分发展流条件

说明通过在双调风生物质燃烧机的一次风管道内安装具有弱旋的生物质粉浓缩器后,有利于缩短生物质粉的预热时间使生物质粉提前着火和促进燃烧;预计该浓淡型燃烧器比双调风生物质燃烧机具有较好的低负荷稳燃能力,

    图4给出了生物质粉燃烧时的质量浓度等值线分布,在整个燃烧室内工况2(图4b)的生物质粉颗粒质量浓度均比工况1(图4a)低,这说明安装生物质粉浓缩器后,合理的生物质粉入口浓度分布有利于形成燃烧器中心回流区富燃料燃烧模式,缩短着火时间与降低着火热,并且弱旋的一次风进口条件也促进了生物质粉燃烧初期的扰动与混合,有利于生物质粉颗粒的充分快速燃烧与燃尽,

    预报的热NO。浓度分布如图5所示,可以看到两种工况的热NO。值均不大,在温度最高的工况2[图5(b)]的出口附近(1955 K),热NOx的值最大,大约为93 cm3。m-3;在燃烧室内的每一点,工况2的热NO。值均大于工况1[图5(a)]的热N0。值这是由于燃烧室内工况2的温度水平高于工况1的温度水平,符合随着温度升高,热NO。生成量增加的膘理,

    图6所示为燃烧室内总NO。(热NO。和燃料NOx的生成总量)的生成浓度分布,工况1[图6(a)]的总NO。生成量呈增加趋势,在燃烧室出口附近最大,大约为850 cm。m  ;而工况2(图6b)的总NO。生成是先增大,然后又降低,在燃烧室出口附近大约为330 Cffl3。m-3,为工况1的2/5,并且其NO。生成量的最大值也仅为工况1的57%.这说明安装生物质粉浓缩器后,中心高温回流区内富燃料燃烧模式有利于NO。的还原反应,大大降低燃料NO。的生成,通过比较图5与图6,可以发现燃烧室内NO。的生成主要是由燃料NO。的生成机理来控制,在非浓淡燃烧时,热NO。的生成量远远低于燃料NO。的生成量.

4结论

    通过对旋流浓淡生物质粉生物质燃烧机出口区域的NO。生成进行数值模拟,研究了生物质粉浓缩器对NO。生成的影响,模拟结果表明,在双调风旋流生物质燃烧机一次风通道安装本文研制的具有弱旋的生物质粉浓缩器后,可以有效地降低燃料NO。的生成,并且有利于生物质粉颗粒的提前着火燃烧与燃尽,同时模拟结果也表明,旋流生物质燃烧机出口区域的NO。生成主要是由燃料NO。的生成机理来控制,热NO。的生成量很少,是由燃烧室内的温度水平来控制,随着燃烧温度的提商热N0。生成增加,通过数值研究可以认为在双调风旋流生物质燃烧机中安装生物质粉浓缩器后的浓淡生物质燃烧机具有高效低污染性能。

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点击次数:  更新时间:2018-05-22 21:51:36  【打印此页】  【关闭